Modelos de Conocimiento Basados en Ontologías para la ...

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08.05.2013 Views

Capítulo 1. Justificación, objetivos y estructura de la tesis encargado de introducir los datos concretos posteriormente. Mientras más facilidades proporcione la herramienta más se aislará al usuario (ya sea experto en ingeniería del conocimiento o en el dominio modelado) de la complejidad del lenguaje subyacente y, por tanto, existirá una mayor comunidad potencial de desarrolladores y usuarios de ontologías. En el rol de los desarrolladores de ontologías se puede encontrar a investigadores de muy diversos ámbitos dependiendo del tipo de ontología que se pretenda construir. Existen ontologías que modelan conceptos generales presentes en múltiples dominios como el tiempo, el espacio, las relaciones parte-todo, etc., y existen ontologías dedicadas a un dominio concreto de conocimiento como el diagnóstico y tratamiento de enfermedades infecciosas, el comercio electrónico, la descripción de aparatos físicos, etc. Mediante el término desarrolladores de bases de conocimiento se recoge a los usuarios “primarios” de las ontologías, habitualmente expertos del dominio conceptualizado en esas ontologías, que utilizan sus estructuras para crear una base de conocimiento correspondiente a un problema determinado. El rol de los desarrolladores de aplicaciones consiste en la realización de aplicaciones informáticas que tengan como elemento central, en tiempo de ejecución, los modelos de conocimiento expresados en la/s ontología/s. Entre estas aplicaciones están aquellas que realizan procesos de razonamiento complejos, similares a los realizados por los seres humanos, sobre la estructura de conocimiento (éstas son aplicaciones herederas de los sistemas expertos que suelen denominarse sistemas basados en el conocimiento). También se encuentran aplicaciones que utilizan la estructura de conocimiento de forma más “tradicional”, sustituyendo o complementando a los sistemas basados en bases de datos (e incluyendo, probablemente, alguna funcionalidad extra). En cualquier caso, se necesita que existan facilidades para el acceso a las estructuras de las ontologías y a toda la semántica expresada en las mismas desde la aplicación informática. A medida que el campo de investigación en ontologías se ha ido aplicando en dominios prácticos reales la evolución del mismo en lo correspondiente a los dos primeros roles (desarrolladores de lenguajes y de herramientas) está siendo influenciada por el tercer rol: el de los desarrolladores de ontologías. Esto quiere decir que los lenguajes para representación de ontologías se desarrollan para que sean lo suficientemente expresivos como para recoger las estructuras de conocimiento que los constructores de ontologías en diversos dominios demandan. La práctica demuestra que sólo a partir de las experiencias concretas se pueden obtener patrones de conceptualización que posteriormente se trasladan a la expresividad del lenguaje. Aparte de las construcciones típicas, presentes en muchos campos y fácilmente identificables como la jerarquía de conceptos 6

Capítulo 1. Justificación, objetivos y estructura de la tesis (relación is-a o de subsunción), la herencia de propiedades, ciertas restricciones como la cardinalidad de las propiedades, etc., existen muchas otras estructuras que sólo aparecen al estudiar campos concretos. En este sentido, las aplicaciones que más influencia han tenido en el desarrollo de lenguajes y herramientas para ontologías son las pertenecientes al ámbito de la biomedicina. En este campo, la representación del conocimiento ha tenido una gran importancia a lo largo del tiempo. Las estructuras de datos utilizadas en este dominio, desde los diccionarios y tesauros de términos hasta las ontologías más grandes que se han desarrollado, presentan una continua evolución. En muchas ocasiones se han creado estructuras de conocimiento y ontologías cuya semántica se implementa, al menos en parte, en el código de las aplicaciones, al no existir suficiente expresividad en el lenguaje de representación para recoger esas estructuras. La ingeniería ha sido un campo en el que la investigación en representación del conocimiento se ha aplicado también de forma generalizada. En este caso, más que mediante equipos multidisciplinares (como es el caso de la biomedicina), la iniciativa de esta utilización ha sido llevada a cabo por los propios ingenieros. Lo mismo puede decirse del campo de la ingeniería de control, donde la importancia del software en la misma hace que el propio ingeniero sienta como necesidad el conocer las técnicas y herramientas software necesarias (Sanz y Årzen, 2003) Los hechos mencionados en este apartado permiten concluir que, en el caso del dominio de la ingeniería de control, la investigación y desarrollo en torno a la creación de ontologías para el conocimiento de este dominio puede partir y llevarse a cabo desde el propio campo, al menos en lo concerniente a los roles tercero, cuarto y quinto de los presentados anteriormente 5 . Además, los aspectos presentados en la introducción y en los párrafos anteriores de este apartado permiten concluir que los objetivos de esta tesis, presentados en la siguiente sección, son relevantes tanto para el campo de la ingeniería de control como para el del desarrollo de ontologías. 1.2. Objetivos de la tesis El objetivo general de esta tesis es estudiar y comprobar las posibilidades de las técnicas de la ingeniería del conocimiento en la creación de modelos de conocimiento y aplicaciones software basadas en esos modelos, para el dominio de la ingeniería de control. La tesis parte de la premisa de que el software en el campo de la ingeniería de control se encuentra en un momento de evolución, similar al resto de las aplicaciones de la informática, y presenta una serie de 5 Similar conclusión aparece en algunas investigaciones previas llevadas a cabo en los años 1990s (Butz et. al., 1990). 7

Capítulo 1. Justificación, objetivos y estructura <strong>de</strong> <strong>la</strong> tesis<br />

(re<strong>la</strong>ción is-a o <strong>de</strong> subsunción), <strong>la</strong> her<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> propieda<strong>de</strong>s, ciertas restricciones<br />

como <strong>la</strong> cardinalidad <strong>de</strong> <strong>la</strong>s propieda<strong>de</strong>s, etc., exist<strong>en</strong> muchas otras estructuras que<br />

sólo aparec<strong>en</strong> al estudiar campos concretos.<br />

En este s<strong>en</strong>tido, <strong>la</strong>s aplicaciones que más influ<strong>en</strong>cia han t<strong>en</strong>ido <strong>en</strong> el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong><br />

l<strong>en</strong>guajes y herrami<strong>en</strong>tas <strong>para</strong> ontologías son <strong>la</strong>s pert<strong>en</strong>eci<strong>en</strong>tes al ámbito <strong>de</strong> <strong>la</strong><br />

biomedicina. En este campo, <strong>la</strong> repres<strong>en</strong>tación <strong>de</strong>l conocimi<strong>en</strong>to ha t<strong>en</strong>ido una<br />

gran importancia a lo <strong>la</strong>rgo <strong>de</strong>l tiempo. Las estructuras <strong>de</strong> datos utilizadas <strong>en</strong> este<br />

dominio, <strong>de</strong>s<strong>de</strong> los diccionarios y tesauros <strong>de</strong> términos hasta <strong>la</strong>s ontologías más<br />

gran<strong>de</strong>s que se han <strong>de</strong>sarrol<strong>la</strong>do, pres<strong>en</strong>tan una continua evolución. En muchas<br />

ocasiones se han creado estructuras <strong>de</strong> conocimi<strong>en</strong>to y ontologías cuya semántica<br />

se implem<strong>en</strong>ta, al m<strong>en</strong>os <strong>en</strong> parte, <strong>en</strong> el código <strong>de</strong> <strong>la</strong>s aplicaciones, al no existir<br />

sufici<strong>en</strong>te expresividad <strong>en</strong> el l<strong>en</strong>guaje <strong>de</strong> repres<strong>en</strong>tación <strong>para</strong> recoger esas<br />

estructuras.<br />

La ing<strong>en</strong>iería ha sido un campo <strong>en</strong> el que <strong>la</strong> investigación <strong>en</strong> repres<strong>en</strong>tación <strong>de</strong>l<br />

conocimi<strong>en</strong>to se ha aplicado también <strong>de</strong> forma g<strong>en</strong>eralizada. En este caso, más<br />

que mediante equipos multidisciplinares (como es el caso <strong>de</strong> <strong>la</strong> biomedicina), <strong>la</strong><br />

iniciativa <strong>de</strong> esta utilización ha sido llevada a cabo por los propios ing<strong>en</strong>ieros. Lo<br />

mismo pue<strong>de</strong> <strong>de</strong>cirse <strong>de</strong>l campo <strong>de</strong> <strong>la</strong> ing<strong>en</strong>iería <strong>de</strong> control, don<strong>de</strong> <strong>la</strong> importancia<br />

<strong>de</strong>l software <strong>en</strong> <strong>la</strong> misma hace que el propio ing<strong>en</strong>iero si<strong>en</strong>ta como necesidad el<br />

conocer <strong>la</strong>s técnicas y herrami<strong>en</strong>tas software necesarias (Sanz y Årz<strong>en</strong>, 2003)<br />

Los hechos m<strong>en</strong>cionados <strong>en</strong> este apartado permit<strong>en</strong> concluir que, <strong>en</strong> el caso <strong>de</strong>l<br />

dominio <strong>de</strong> <strong>la</strong> ing<strong>en</strong>iería <strong>de</strong> control, <strong>la</strong> investigación y <strong>de</strong>sarrollo <strong>en</strong> torno a <strong>la</strong><br />

creación <strong>de</strong> ontologías <strong>para</strong> el conocimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong> este dominio pue<strong>de</strong> partir y<br />

llevarse a cabo <strong>de</strong>s<strong>de</strong> el propio campo, al m<strong>en</strong>os <strong>en</strong> lo concerni<strong>en</strong>te a los roles<br />

tercero, cuarto y quinto <strong>de</strong> los pres<strong>en</strong>tados anteriorm<strong>en</strong>te 5 . A<strong>de</strong>más, los aspectos<br />

pres<strong>en</strong>tados <strong>en</strong> <strong>la</strong> introducción y <strong>en</strong> los párrafos anteriores <strong>de</strong> este apartado<br />

permit<strong>en</strong> concluir que los objetivos <strong>de</strong> esta tesis, pres<strong>en</strong>tados <strong>en</strong> <strong>la</strong> sigui<strong>en</strong>te<br />

sección, son relevantes tanto <strong>para</strong> el campo <strong>de</strong> <strong>la</strong> ing<strong>en</strong>iería <strong>de</strong> control como <strong>para</strong><br />

el <strong>de</strong>l <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> ontologías.<br />

1.2. Objetivos <strong>de</strong> <strong>la</strong> tesis<br />

El objetivo g<strong>en</strong>eral <strong>de</strong> esta tesis es estudiar y comprobar <strong>la</strong>s posibilida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> <strong>la</strong>s<br />

técnicas <strong>de</strong> <strong>la</strong> ing<strong>en</strong>iería <strong>de</strong>l conocimi<strong>en</strong>to <strong>en</strong> <strong>la</strong> creación <strong>de</strong> mo<strong>de</strong>los <strong>de</strong><br />

conocimi<strong>en</strong>to y aplicaciones software basadas <strong>en</strong> esos mo<strong>de</strong>los, <strong>para</strong> el dominio<br />

<strong>de</strong> <strong>la</strong> ing<strong>en</strong>iería <strong>de</strong> control. La tesis parte <strong>de</strong> <strong>la</strong> premisa <strong>de</strong> que el software <strong>en</strong> el<br />

campo <strong>de</strong> <strong>la</strong> ing<strong>en</strong>iería <strong>de</strong> control se <strong>en</strong>cu<strong>en</strong>tra <strong>en</strong> un mom<strong>en</strong>to <strong>de</strong> evolución,<br />

simi<strong>la</strong>r al resto <strong>de</strong> <strong>la</strong>s aplicaciones <strong>de</strong> <strong>la</strong> informática, y pres<strong>en</strong>ta una serie <strong>de</strong><br />

5 Simi<strong>la</strong>r conclusión aparece <strong>en</strong> algunas investigaciones previas llevadas a cabo <strong>en</strong> los años 1990s (Butz et. al., 1990).<br />

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